畢業(yè)設(shè)計---hxd2型電力機(jī)車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)

1、<p>　　2012屆畢業(yè)設(shè)計說明書</p><p>　　課題名稱：列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　—HXD2型電力機(jī)車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)</p><p>　　專 業(yè) 系 牽引與動力學(xué)院 </p><p>　　班 級 </p><p>　　學(xué)生姓名

2、 </p><p>　　指導(dǎo)老師 </p><p>　　完成日期 </p><p>　　2014屆畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書</p><p>　　課題名稱：列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)分析及故障排除</p><p&g

3、t;<b>　　指導(dǎo)老師：</b></p><p><b>　　設(shè)計內(nèi)容與要求</b></p><p><b>　　課題概述</b></p><p>　　隨著牽引動力的交流化和運行速度的提高，列車上采用微機(jī)實現(xiàn)智能化控制的部件或裝置也越來越多，各微機(jī)系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)和信息交換顯得越來越重要。另外，為提高列

4、車的舒適度，各種輔助裝置的控制和服務(wù)裝置的控制都必須納入到這個微機(jī)控制系統(tǒng)中來。因此，列車控制也由單臺機(jī)車的牽引傳動控制逐漸向網(wǎng)絡(luò)控制方向發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)已經(jīng)成為核心技術(shù)之一。</p><p>　　本課題基于TCN、ARCNET等常見列車通信網(wǎng)絡(luò)，分析其通信原理和通信特點，著重分析高速動車、大功率交傳機(jī)車、城軌車輛等多類列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制功能、硬件組成及工作原理，指出網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中常見的故障現(xiàn)象，

5、闡述其故障應(yīng)急處理方法。</p><p><b>　　設(shè)計內(nèi)容及要求</b></p><p><b>　?。?）設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　本課題下設(shè)3個子課題：</p><p>　　CRH動車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的分析及故障排除</p><p>　　HXD交傳機(jī)車網(wǎng)絡(luò)控

6、制系統(tǒng)的分析及故障排除</p><p>　　城軌車輛網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的分析及故障排除</p><p>　　每個子課題設(shè)計的主要內(nèi)容可包括：</p><p>　　列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀分析</p><p>　　列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的功能、特點及其與傳統(tǒng)機(jī)車微機(jī)控制系統(tǒng)的區(qū)別</p><p>　　常見的列車網(wǎng)絡(luò)通信標(biāo)準(zhǔn)&

7、lt;/p><p>　　以某個車型為例，從結(jié)構(gòu)、原理、可靠性、實時性等方面詳細(xì)分析該車型的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)</p><p>　　列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)常見故障的判斷分析與處理</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p><b>　?。?）要求</b></p><p>　　通過

8、檢索文獻(xiàn)或其他方式，深入了解設(shè)計內(nèi)容所需要的各種信息；</p><p>　　能夠靈活運用《電力電子技術(shù)》、《計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)》、《機(jī)車總體》、《列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)》等基礎(chǔ)和專業(yè)課程的知識來分析城軌列車、大功率機(jī)車及高速動車組上的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。</p><p>　　要求學(xué)生有一定的電子電路，軌道交通專業(yè)基礎(chǔ)。</p><p><b>　　設(shè)計參考書</b&

9、gt;</p><p>　　《列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)原理與應(yīng)用》</p><p>　　《動車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)》</p><p>　　《CRH2型動車組》、《CRH5型動車組》</p><p>　　《HXD大功率機(jī)車》</p><p><b>　　設(shè)計說明書要求</b></p><p&g

10、t;<b>　　封面</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　內(nèi)容摘要(200~400字左右，中英文)</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　正文（設(shè)計方案比較與選擇，設(shè)計方案原理、計算、分析、論證，設(shè)計結(jié)果的說明及特點）&

11、lt;/p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　附錄(參考文獻(xiàn)、圖紙、材料清單等)</p><p>　　六、畢業(yè)設(shè)計進(jìn)程安排</p><p>　　第1周：資料準(zhǔn)備與借閱，了解課題思路。</p><p>　　第2-3周：設(shè)計要求說明及課題內(nèi)容輔導(dǎo)。</p><p&

12、gt;　　第4-7周：進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計，完成初稿。</p><p>　　第7-10周：第一次檢查，了解設(shè)計完成情況。</p><p>　　第11周：第二次檢查設(shè)計完成情況，并作好畢業(yè)答辯準(zhǔn)備。</p><p>　　第12周：畢業(yè)答辯與綜合成績評定。</p><p>　　七 、畢業(yè)設(shè)計答辯及論文要求</p><p><

13、b>　　畢業(yè)設(shè)計答辯要求</b></p><p>　　答辯前三天，每個學(xué)生應(yīng)按時將畢業(yè)設(shè)計說明書或畢業(yè)論文、專題報告等必要資料交指導(dǎo)教師審閱，由指導(dǎo)教師寫出審閱意見。</p><p>　　學(xué)生答辯時對自述部分應(yīng)寫出書面提綱，內(nèi)容包括課題的任務(wù)、目的和意義，所采用的原始資料或參考文獻(xiàn)、設(shè)計的基本內(nèi)容和主要方法、成果結(jié)論和評價。</p><p>　　答

14、辯小組質(zhì)詢課題的關(guān)鍵問題，質(zhì)詢與課題密切相關(guān)的基本理論、知識、設(shè)計與計算方法、實驗方法、測試方法，鑒別學(xué)生獨立工作能力、創(chuàng)新能力。</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計論文要求</b></p><p>　　文字要求:說明書要求打印(除圖紙外)，不能手寫。文字通順，語言流暢，排版合理，無錯別字，不允許抄襲。</p><p>　　圖紙要求:按工程制

15、圖標(biāo)準(zhǔn)制圖，圖面整潔，布局合理，線條粗細(xì)均勻，圓弧連接光滑，尺寸標(biāo)注規(guī)范，文字注釋必須使用工程字書寫。</p><p>　　曲線圖表要求：所有曲線、圖表、線路圖、程序框圖、示意圖等不準(zhǔn)用徒手畫，必須按國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)或工程要求繪制。</p><p><b>　　摘　　要</b></p><p>　　隨著列車運行速度的提高，列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)具有越來

16、越重要的意義。同時，列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是動車組的九大關(guān)鍵技術(shù)之一，因此建立可靠安全的車載通信網(wǎng)絡(luò)是十分必要的。</p><p>　　首先分析了列車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，功能模塊及車載通信網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、傳輸信息等。</p><p>　　接著介紹了IEC-61375標(biāo)準(zhǔn)，即列車通信網(wǎng)絡(luò)（TCN）標(biāo)準(zhǔn)是IEC聯(lián)合UIC經(jīng)過幾十年的工作采用了一個用于規(guī)范車載設(shè)備數(shù)據(jù)通信的標(biāo)準(zhǔn)。介紹了TCN網(wǎng)絡(luò)的基本

17、結(jié)構(gòu)、實時協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸及介質(zhì)訪問方式。并詳細(xì)討論了WTB和MVB總線的物理層、報文、介質(zhì)訪問及鏈路層控制。</p><p>　　其次分析比較了ARCnet和TCN兩種車載通信網(wǎng)絡(luò)，并總結(jié)出各自的優(yōu)勢。ARCnet用于CRH2動車組，TCN用于CRH1、CRH3和CRH5動車組。</p><p>　　本設(shè)計說明書針對TCN、ARCnet等常見列車通信網(wǎng)絡(luò)，分析其通信原理和通信特點，同時

18、對列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀進(jìn)行闡述分析，著重分析HXD2型電力機(jī)車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、控制功能、硬件組成及工作原理，指出網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中常見的故障現(xiàn)象，闡述其故障應(yīng)急處理方法。</p><p>　　關(guān)鍵詞：HXD2電力機(jī)車　　列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)　　故障應(yīng)急處理</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　Wit

19、h the increase of train speed, train network control system is more and more important. At the same time, train network control system is one of the key technologies in nine of EMU, therefore the establishment of vehicul

20、ar communication network security is very necessary.</p><p>　　This paper first analyzes the architecture of train network system, function module and vehicle communication network topology structure, transmi

21、ssion information etc..</p><p>　　Then introduces IEC-61375 standard, namely the train communication network (TCN) standard is IEC combined with UIC after decades of work by using a standard car equipment for

22、 data communication standard. This paper introduces the basic structure, the TCN network protocol, data transmission and media access mode. And a detailed discussion of the physical layer, WTB and MVB bus message, media

23、access and link layer control.</p><p>　　Then compares ARCnet and TCN two kinds of vehicular communication network analysis, and sums up their respective advantages. ARCnet for CRH2 EMU, TCN for CRH1, CRH3 an

24、d CRH5 emu.</p><p>　　The design specification for TCN, ARCnet and other common train communication network, analyses the communication principle and communication features, the development history and curren

25、t situation of train network control technology is analyzed, emphasizes on the analysis of HXD2 type electric locomotive topology structure, control function, hardware network control system composition and working princ

26、iple, points out the common faults network control system, the fault emergency treatment metho</p><p>　　Keywords: HXD2 electric locomotive fault train network emergency treatment</p><p&g

27、t;<b>　　引言</b></p><p>　　提高列車運行速度是鐵路技術(shù)發(fā)展的重要目標(biāo)，保證列車運行安全是實現(xiàn)我國列車提速戰(zhàn)略的重要保證，而列車控制系統(tǒng)則是實現(xiàn)這一重要保長的技術(shù)支持手段。隨著牽引動力交流化和列車運行速度的提高，機(jī)車和列車上采用微機(jī)實現(xiàn)智能化控制的部件或裝置也越來越多。各微機(jī)系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)和信息交換顯得越來越重要，特別是對動力分散型的動車組，為了提高旅客列車的舒適度，各種輔

28、助裝置的控制和服務(wù)裝置的控制都必須納入到這個微機(jī)控制系統(tǒng)中來。因此，列車控制也由單臺機(jī)車的牽引傳動控制逐漸向列車的網(wǎng)絡(luò)控制方向發(fā)展，列車網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)已經(jīng)成為高速動車組、城軌車輛的核心技術(shù)之一。</p><p>　　本設(shè)計以網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)知識和計算機(jī)控制基礎(chǔ)知識作為鋪墊，在此基礎(chǔ)上詳細(xì)講述了能夠用于列車通行的幾種網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，包括LonWorks、ARCNET、CAN等現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)，TCN列車通行網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)以及新興的控制網(wǎng)

29、絡(luò)——工業(yè)以太網(wǎng)等。與此對應(yīng)還介紹了應(yīng)用不同網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的CRH系列動車組網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)TCMS，最后簡單介紹了列車自動運行控制系統(tǒng)。</p><p>　　其主要分析是HXD2電力機(jī)車的網(wǎng)絡(luò)通信，并詳細(xì)解讀HXD2電力機(jī)車的各項網(wǎng)絡(luò)知識。</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章　網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的概述3</p&g

30、t;<p>　　1.1 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的概念3</p><p>　　1.2 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及層次模型3</p><p>　　1.3 車載通信網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)5</p><p>　　1.4 列車通信網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸5</p><p>　　1.5 列車通信網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)訪問方式7</p><p>　

31、　第二章 列車通信網(wǎng)絡(luò)TCN8</p><p>　　2.1 TCN的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程8</p><p>　　2.1.1 TCN列車網(wǎng)絡(luò)簡介8</p><p>　　2.1.2 TCN列車網(wǎng)絡(luò)雛形8</p><p>　　2.1.3 SIBAS系統(tǒng)8</p><p>　　2.1.4 MICAS系統(tǒng)9</p>

32、<p>　　2.2 TCN列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的現(xiàn)狀10</p><p>　　2.2.1 TCN列車網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品主要供應(yīng)商10</p><p>　　2.2.2 TCN列車網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品應(yīng)用現(xiàn)狀10</p><p>　　2.2.3 TCN列車網(wǎng)絡(luò)的研究推廣11</p><p>　　2.2.4 TCN列車網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢11</p>

33、;<p>　　2.3 WTB總線12</p><p>　　2.3.1 絞線式列車總線WTB12</p><p>　　2.3.2 WTB介質(zhì)訪問13</p><p>　　第三章 微機(jī)控制基礎(chǔ)15</p><p>　　3.1 微型計算機(jī)的概述15</p><p>　　3.1.1 微機(jī)簡介與發(fā)展15

34、</p><p>　　3.1.2 微機(jī)的特點與應(yīng)用15</p><p>　　3.2 微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)18</p><p>　　3.2.1 WorldFIP網(wǎng)絡(luò)通信的原理和結(jié)構(gòu)18</p><p>　　3.3 HXD2型電力機(jī)車的微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)22</p><p>　　3.3.1 主處理單元MPU（Ma

35、in Processor Unit）22</p><p>　　第四章 和諧2型電力機(jī)車26</p><p>　　4.1和諧2型電力機(jī)車概述26</p><p>　　4.1.1微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)26</p><p>　　4.2 和諧2型電力機(jī)車技術(shù)特點28</p><p>　　4.2.1總體布置28<

36、/p><p>　　4.2.2電氣系統(tǒng)28</p><p>　　4.2.3控制系統(tǒng)29</p><p>　　4.2.4轉(zhuǎn)向架29</p><p>　　第五章 和諧2型電力機(jī)車應(yīng)急處理31</p><p>　　5.1各類故障應(yīng)急處理31</p><p>　　1.2 設(shè)計內(nèi)容與要求38<

37、/p><p>　　第六章　心得體會39</p><p>　　參考文獻(xiàn)40 </p><p>　　第一章　網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的概述</p><p>　　1.1 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的概念</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)又被成為基于網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)，它是一種完全網(wǎng)絡(luò)化、分布化的控制系統(tǒng)，是通過網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成閉環(huán)的反饋控制系統(tǒng)。&

38、lt;/p><p>　　俠義的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)是以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，事先傳感器、控制器和執(zhí)行器等系統(tǒng)各部件之間的信息交換，從而實現(xiàn)資源共享、遠(yuǎn)程檢測與控制。例如，基于現(xiàn)成總線技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)就可以堪稱是一種俠義的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。廣義的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)不但包括俠義的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)在內(nèi)，還包括通過Iternet、企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)以及企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，事先對工廠車間、生產(chǎn)線以及工程現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、信息傳輸、信息管理以及信息分布等。</p

39、><p>　　列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)對列車關(guān)鍵設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)視，并根據(jù)需要對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制．列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)集列車控制系統(tǒng)、故障檢測與診斷系統(tǒng)以放客信息腥務(wù)系統(tǒng)于一體， 以車載微機(jī)為主要技術(shù)手段，通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)列車各系統(tǒng)之間的信息交換，最終達(dá)到對車載設(shè)備的集散式監(jiān)視?？刂坪凸芾淼哪康?，實現(xiàn)列車控制系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化與信息化．</p><p>　　通過列車網(wǎng)絡(luò)連接的列車上各智能控制單元通過

40、傳輸過程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)和監(jiān)督數(shù)據(jù)柬實現(xiàn)列車的控制，診斷以及列車狀態(tài)評估．而其他未與列車網(wǎng)絡(luò)連接的智C2控制單元則通過硬連線的連接來實現(xiàn)其控制功能．</p><p>　　列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)實現(xiàn)以下主要控制功能：</p><p>　　(1)實現(xiàn)各動力車的重聯(lián)控制．</p><p>　　(2)實現(xiàn)全列車(動車和拖車)所有由計算機(jī)控制的單元聯(lián)網(wǎng)通信</p>&l

41、t;p><b>　　和資潭共享．</b></p><p>　　(3)實現(xiàn)全列車的制動控制、門控制、空調(diào)控制及軸溫檢測等功</p><p><b>　　能．</b></p><p>　　1.2 網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)及層次模型</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)一般由三部分組成：控制器、被控對象以

42、及通信網(wǎng)絡(luò)，被控對象一般為連續(xù)系統(tǒng)，而控制器一般采用離散系統(tǒng)。被控對象的輸出通過傳感器采樣的方式離散化并通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到控制的輸入端?？刂破鬟M(jìn)行運算后，將輸出通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到被控對象的輸入端，并由零階保持器生成分段連續(xù)函數(shù)作為連續(xù)系統(tǒng)的輸入。</p><p>　　常見的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有徑直結(jié)構(gòu)和分層結(jié)構(gòu)。</p><p>　　在徑直結(jié)構(gòu)中，控制器將傳感器等檢測裝置從現(xiàn)場檢測到的實際參數(shù)和預(yù)定

43、的預(yù)期參數(shù)值進(jìn)行對比計算，得出相應(yīng)的控制結(jié)果后，輸出到執(zhí)行器，作用于被控對象。</p><p>　　在分層結(jié)構(gòu)中，主控制器將計算好的參數(shù)控制信號通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，遠(yuǎn)程控制器根據(jù)參考信號執(zhí)行本地閉環(huán)控制，并將傳感器測量數(shù)據(jù)傳給主控制器。</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的層次模型</p><p>　　設(shè)備層。設(shè)備層中的設(shè)備種類繁多，有只能傳感器、啟動器、驅(qū)動

44、器、I/O不見、變送器、變換器、閥門等。設(shè)備的多樣性要求設(shè)備層滿足開放性要求，各廠商遵循公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，保證產(chǎn)品滿足標(biāo)準(zhǔn)化。來自不同廠家的設(shè)備在功能上可以用相同功能的同類設(shè)備互換、事先可互換性；來自不同廠家的設(shè)備可以相互通信，并可以在多廠家的環(huán)境中完成功能，實現(xiàn)可互操作性。</p><p>　　設(shè)備層中的設(shè)備是智能化的。他們可獨立完成系統(tǒng)的傳感測量、補(bǔ)償計算、工程量處理與控制等自動控制的基本功能，并可隨時診斷設(shè)備的運

45、行狀態(tài)。設(shè)備控制功能的自治化使得分散在現(xiàn)場不通物理位置的現(xiàn)場設(shè)備之間以及現(xiàn)場設(shè)備與遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機(jī)之間，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與信息交換，從而形成各種適應(yīng)實際需要的自動控制系統(tǒng)。</p><p>　　自動化層。自動化層事先控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化，控制網(wǎng)絡(luò)遵循開放的體系結(jié)構(gòu)與協(xié)議。對設(shè)備層的開放性，允許符合開放標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備方便地接人；對信息化層的開放性，允許與信息化層互聯(lián)、互通、互操作。</p><p>　

46、　信息化層。信息化層已經(jīng)較好的實現(xiàn)了開放性策略，各類局域網(wǎng)滿足IEEE802標(biāo)準(zhǔn)，信息網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)遵循TCP/IP協(xié)議。信息網(wǎng)絡(luò)的開放性為事先控制網(wǎng)絡(luò)與信息網(wǎng)絡(luò)的集成提供了有力支持。</p><p><b>　　列車網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)</b></p><p>　　(4)完成全列車的自檢及故障診斷決策</p><p>　　1.3 車載通信網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)

47、</p><p>　　車載通信網(wǎng)絡(luò)的主要功能是作為溝通各個控制、診斷單元的信息通道?將列車上眾多由計算機(jī)控制的部件互相聯(lián)網(wǎng)通信?從而達(dá)到統(tǒng)一控制與診斷和資源共享的目的。</p><p>　　車載通信網(wǎng)絡(luò)一般采用分層結(jié)構(gòu)。用于連接數(shù)據(jù)采集站、設(shè)備站、司機(jī)控制站?構(gòu)成列車設(shè)備控制、監(jiān)測與故障診斷的列車級網(wǎng)絡(luò),通常稱為列車總線,用于連接車輛內(nèi)的各種控制設(shè)備,構(gòu)成車廂級數(shù)據(jù)采集、控制的車輛級網(wǎng)絡(luò)?

48、通常稱為車輛總線。在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上則采用環(huán)形或總線形。列車控制網(wǎng)絡(luò)把安裝在列車上各動力車和車廂內(nèi)的各種可編程設(shè)備互連在一起。</p><p>　　通過車載通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男畔⒅饕幸韵铝N;</p><p>　　(1)列車運行的控制命令。</p><p>　　(2)運行中的各車廂(包括有動力裝置的機(jī)車和無動力裝置的旅客車廂)的狀態(tài)信息。</p><p&

49、gt;　　(3)故障診斷所需的信息及結(jié)果。</p><p>　　(4)顯示單元所要顯示和提示的各種信息。</p><p>　　(5)通信網(wǎng)的管理信息。</p><p>　　(6)其他與列車運行、安全及服務(wù)有關(guān)的?需要在列車內(nèi)互相傳遞的信息。</p><p>　　1.4 列車通信網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸</p><p>　　列車

50、通信網(wǎng)的主要功能是為控制、診斷單元的信息通信提供通道,實現(xiàn)各種信息的流通,從而達(dá)到控制的統(tǒng)一和資源共享的目的。</p><p>　　在高速列車控制系統(tǒng)中傳輸?shù)男畔⒅饕幸韵聨追N;</p><p>　　(1)列車在運行過程中的各種控制命令.</p><p>　　(2)列車在運行過程中各個設(shè)備的狀態(tài)信息.</p><p>　　(3)故障診斷所需的

51、信息及結(jié)果.</p><p>　　(4)需要在顯示單元上顯示的各種信息.</p><p>　　(5)其它與列車運行、安全、旅客服務(wù)相關(guān)的信息。</p><p>　　根據(jù)通信網(wǎng)上所傳輸數(shù)據(jù)的性質(zhì)和實時性的要求,把通信網(wǎng)上的數(shù)據(jù)分為三類;過程數(shù)據(jù)、消息數(shù)據(jù)、和管理數(shù)據(jù)。通信網(wǎng)采用不同的方法來傳遞這三類數(shù)據(jù)。</p><p>　　過程數(shù)據(jù)；過程變量

52、的值叫作過程數(shù)據(jù)。它表示車輛設(shè)備的狀態(tài)和控制信息；如手柄位、列車運行速度、當(dāng)前的時間、各單元的工作狀態(tài)、操作員的命令等。過程數(shù)據(jù)的傳輸時間是確定的和有界的。其特點是長度短而時間性強(qiáng)?傳輸時間確定而且有界，這些數(shù)據(jù)采用源地址數(shù)據(jù)廣播方式。主設(shè)備通過發(fā)送含有功能碼的主幀，來請求傳送過程數(shù)據(jù)。發(fā)送過程數(shù)據(jù)的從設(shè)備將依據(jù)過程數(shù)據(jù)請求中的標(biāo)識符來產(chǎn)生一個過程數(shù)據(jù)響應(yīng)。過程數(shù)據(jù)將通過12位的邏輯地址和功能代碼來識別，它們表明了過程數(shù)據(jù)的長度。對于每

53、個邏輯地址，其相對應(yīng)的過程數(shù)據(jù)的長度應(yīng)在規(guī)定的操作開始前，在源設(shè)備和所有接收設(shè)備中被設(shè)定好。對于車輛總線上所有的重要變量，從一個應(yīng)用到另一個應(yīng)用的確定性傳送的傳送時間必須保證在16ms內(nèi)，車輛內(nèi)總線數(shù)據(jù)發(fā)送周期小于50ms：而通過WTB從車輛總線到車輛總線的確定性傳送的傳送時間必須保證在100ms以內(nèi)。為了保證這個時延，過程數(shù)據(jù)周期性地發(fā)送。</p><p>　?。?）消息數(shù)據(jù)；它與事件有關(guān)，傳輸非實時性的信息，

54、可以是診斷信息、顯示信息和服務(wù)功能信息，這些數(shù)據(jù)可能數(shù)量較大而且傳遞沒有確定的時間限制。因此它們的傳送是采用點對點或廣播數(shù)據(jù)報文的偶發(fā)性傳送，而且可能根據(jù)需要分幀傳送。一個消息數(shù)據(jù)幀應(yīng)具有256bits的固定長度；從幀的前4bits定義了通信模式，用模式0001來指定單播消息數(shù)據(jù)，模式1111來指定廣播消息數(shù)據(jù)，而其它模式將作為保留以供將來使用，接下來的12bits定義了目標(biāo)設(shè)備的地址，一旦使用廣播模式，則該區(qū)域?qū)⒈粦?yīng)用來使用，此后的4

55、bits定義了協(xié)議類型，隨后的12bits定義了源設(shè)備的地址，而后面的8bits里定義了隨后的鏈接數(shù)據(jù)的有效長度。</p><p>　　消息被分成小包，這些包分別被編號并由目的站確認(rèn)。消息包及與之相關(guān)的控制數(shù)據(jù)形成消息數(shù)據(jù)。功能消息被應(yīng)用層所使用，服務(wù)消息用于列車通信系統(tǒng)自身的管理等。為了確保消息數(shù)據(jù)端到端的可靠傳輸，應(yīng)用過程間的通信可采用呼叫/應(yīng)答方式。消息數(shù)據(jù)既可以點對點單獨傳輸，也同樣可以進(jìn)行全網(wǎng)廣播。&l

56、t;/p><p>　　管理數(shù)據(jù)；是網(wǎng)絡(luò)自身管理、維護(hù)和初始化時?在通信網(wǎng)中傳遞的數(shù)據(jù)。監(jiān)督數(shù)據(jù)是在相同總線內(nèi)用于監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)、檢測寂靜的設(shè)備、總線主設(shè)備權(quán)轉(zhuǎn)移、事件輪詢等的數(shù)據(jù)。</p><p>　　它是主設(shè)備對從設(shè)備的狀態(tài)校驗、聯(lián)機(jī)設(shè)備檢測、主權(quán)傳輸以及車輛初運和其他管理所用的數(shù)據(jù)，特點是幀很短，這些數(shù)據(jù)只有在網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)或初始化時才傳遞，管理數(shù)據(jù)的傳遞與其它兩種數(shù)據(jù)不會發(fā)生沖突。因此在列車運行

57、時通信網(wǎng)上傳送的只有過程數(shù)據(jù)和消息數(shù)據(jù)。管理數(shù)據(jù)響應(yīng)將攜帶16bits幀數(shù)據(jù)。</p><p>　　主設(shè)備可以向從設(shè)備請求管理數(shù)據(jù)或者向從設(shè)備發(fā)送管理數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)帶有一個管理數(shù)據(jù)請求的主幀。</p><p>　　1.5 列車通信網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)訪問方式</p><p>　　一般有動力裝置的車廂（動車和機(jī)車）內(nèi)的節(jié)點作為主節(jié)點?無動力裝置的車廂內(nèi)的節(jié)點作為從節(jié)點。WTB介質(zhì)訪

58、問控制方式為主?從控制方式?每一列車在運行中必須有且只能有一個控制總線工作的節(jié)點，稱為控制節(jié)點，控制節(jié)點必須是主節(jié)點，一般情況下以前導(dǎo)機(jī)車內(nèi)的主節(jié)點為控制節(jié)點，稱為主控節(jié)點。主控節(jié)點管理列車總線的運行，必要時主控節(jié)點可以切換，車廂總線由各車廂內(nèi)的節(jié)點管理運行。</p><p>　　主節(jié)點將總線帶寬以25ns為基本周期進(jìn)行劃分，基本周期又分解為周期相和偶發(fā)相。周期相占總線時間的固定時段，與狀態(tài)的發(fā)送相關(guān)聯(lián)。在此時段

59、，主節(jié)點依次輪詢各變量，按預(yù)先生成的周期列表請求從節(jié)點向總線廣播其過程數(shù)據(jù)，此外在WTB中有消息數(shù)據(jù)發(fā)送的從節(jié)點還在其過程數(shù)據(jù)中發(fā)送一個請求標(biāo)志，主節(jié)點將記錄此請求。因為數(shù)據(jù)是周期性重復(fù)發(fā)送的，所以周期性數(shù)據(jù)無需目標(biāo)設(shè)備確認(rèn)。一個基本周期的大小在MVB上是1ms或2ms，在WTB上是25ms。不是很緊急的變量可以以2個、4個、8個等等基本周期長度的周期發(fā)送，其最長周期是1024ms。</p><p>　　兩個周期

60、相間的偶發(fā)相允許設(shè)備按需要發(fā)送數(shù)據(jù)，偶發(fā)性發(fā)送是與事件的發(fā)送相關(guān)聯(lián)的，事件是設(shè)備狀態(tài)的改變，設(shè)備狀態(tài)的改變引發(fā)發(fā)送要求。因此，事件必須得以確認(rèn)，以確保不會丟失狀態(tài)改變的信息。在此期間主節(jié)點向請求發(fā)送消息數(shù)據(jù)的節(jié)點依次發(fā)送消息數(shù)據(jù)傳送請求，收到請求的節(jié)點將要發(fā)送的消息數(shù)據(jù)發(fā)向目的節(jié)點。這種介質(zhì)訪問方式可保證實時變量傳輸?shù)拇_定性。實時變量的最大傳送時延只與總線的基本周期有關(guān)，而與總線負(fù)載情況無關(guān)。</p><p>　

61、　在過程數(shù)據(jù)和消息數(shù)據(jù)之間，主節(jié)點還發(fā)送一些監(jiān)控數(shù)據(jù)請求以監(jiān)控總線狀態(tài)。</p><p>　　第二章 列車通信網(wǎng)絡(luò)TCN</p><p>　　2.1 TCN的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程</p><p>　　2.1.1 TCN列車網(wǎng)絡(luò)簡介</p><p>　　由于世界范圍內(nèi)列車通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的差異，造成了多種總線技術(shù)并存的局面。除TCN標(biāo)準(zhǔn)的列車總線之外，Wor

62、ldFIP、LonWorks、CAN等其他總線形式也在列車通信網(wǎng)絡(luò)中有不同程度的運用。上述幾種列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，絕大部分都是在其他領(lǐng)域應(yīng)用成熟的現(xiàn)場總線技術(shù)移植到列車控制系統(tǒng)中來的。它們依據(jù)各自的標(biāo)準(zhǔn)，不便進(jìn)行互聯(lián)。于是基于制訂一種開放式列車通信系統(tǒng)，實現(xiàn)各種軌道車輛相互聯(lián)掛，車載可編程電子設(shè)備統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)而實現(xiàn)互換的構(gòu)想，TCN列車通信網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運而生。</p><p>　　2.1.2 TCN列車網(wǎng)絡(luò)雛形</

63、p><p>　　任何技術(shù)都不是憑空而生的，TCN列車網(wǎng)絡(luò)也正是如此。它是由車載微機(jī)系統(tǒng)發(fā)展而來，在原有的技術(shù)基礎(chǔ)上加以遴選、改進(jìn)和標(biāo)準(zhǔn)化而形成的。其主要參考的模型則是Siemens公司的SIBAS系統(tǒng)和Adtranz公司的MICAS系統(tǒng)。以上兩種形式車載微機(jī)控制系統(tǒng)的發(fā)展已從最初的完成簡單的單一功能，發(fā)展到現(xiàn)在的多功能集成的列車通信網(wǎng)絡(luò)，為TCN列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的起步與成型，以及日后成為國際標(biāo)準(zhǔn)，做出了巨大貢獻(xiàn)。<

64、/p><p>　　2.1.3 SIBAS系統(tǒng)</p><p>　　在鐵路機(jī)車動車控制方面，德國Siemens公司早在1981年就研制出了相應(yīng)的微機(jī)控制系統(tǒng)，并命名為SIBAS16，這個系統(tǒng)的樣機(jī)首次應(yīng)用在紐倫堡交通運輸管理局地鐵車輛上。SIBAS16中的數(shù)字代表其采用的是16位微處理器，這個系統(tǒng)由中央機(jī)、一個或多個子機(jī)以及存儲單元構(gòu)成，各計算機(jī)之間采用串行通信來實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送。這種機(jī)車控制系統(tǒng)形

65、式新穎，擴(kuò)展性好，可靠性高，使用安裝便捷，大有取代傳統(tǒng)控制技術(shù)的趨勢，成為列車微機(jī)控制發(fā)展中的發(fā)軔之作，影響不可不謂之重大。</p><p>　　隨著技術(shù)的不斷革新以及SIBAS16的不斷完善，Siemens公司不失時機(jī)地推出了基于32位控制器和信號處理器的列車微機(jī)控制系統(tǒng)SIBAS32，其在性能上較SIBAS16更具優(yōu)越性，同時也對原有SIBAS16系統(tǒng)在接口上保持了向下兼容。20世紀(jì)90年代，列車通信網(wǎng)絡(luò)國際

66、標(biāo)準(zhǔn)正在制定當(dāng)中，Siemens公司著眼于控制系統(tǒng)功能的長遠(yuǎn)發(fā)展，其推出的SIBAS32系統(tǒng)是一種多功能通用計算機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)采用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，外圍設(shè)備已經(jīng)開始標(biāo)準(zhǔn)化、專用化、智能化，基本上可在保持硬件結(jié)構(gòu)不變的情況下便捷地與任意終端相掛接，構(gòu)成一個對各種機(jī)車車輛移植性很好的控制與監(jiān)控系統(tǒng)。</p><p>　　2.1.4 MICAS系統(tǒng)</p><p>　　MICAS系統(tǒng)的出現(xiàn)是在20世紀(jì)

67、80年代。瑞士布朗·勃法瑞公司(BBC)最早研發(fā)的MICAS系統(tǒng)是應(yīng)用于運輸部門的微型計算機(jī)自動控制系統(tǒng)，能理想地實現(xiàn)機(jī)動車與船只等場合的控制功能。針對MICAS應(yīng)用領(lǐng)域的不同，研發(fā)人員相應(yīng)地開發(fā)出了適用于該場合的軟件、硬件模塊及工具，形成了以MICASS、MICASL和MICASE等不同系列。其中MICASS系統(tǒng)在1985年首次應(yīng)用于牽引控制技術(shù)中，在對過程處理速度和性能要求苛刻的牽引控制系統(tǒng)中很好地實現(xiàn)了控制功能。<

68、/p><p>　　1988年瑞典的阿西亞公司(ASEA)和瑞士的布朗·勃法瑞公司(BBC)合并而成ABB集團(tuán)。此后，ABB旗下的Adtranz公司在MICASS牽引控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上開發(fā)出了MICASS2，并于1992年第一次成功運用在瑞士Re460型變流機(jī)車上。MICASS2列車控制系統(tǒng)實行分級控制形式，由列車級、車輛級和傳動級3級控制組成，各級系統(tǒng)控制單元之間的通信通過列車通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。列車通信網(wǎng)絡(luò)采用總線

69、型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，分成車輛總線、列車總線兩級局域網(wǎng)。車輛總線由同一車輛內(nèi)的幾個控制單元互連構(gòu)成，采用RS485串行通信標(biāo)準(zhǔn)。列車總線為貫穿各車輛節(jié)點互連的通信線路，采用9芯EP電纜或18芯UIC電纜，線路通過兩種總線之間的網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)總線耦合。</p><p>　　在MICASS2的基礎(chǔ)上Adtranz公司又推出了MITRAC系統(tǒng)，這是更新一代的分布式列車控制與通信系統(tǒng)。MITRAC系統(tǒng)中沒有集中的控制柜和機(jī)箱，各個控制單

70、元或I/O單元均自成一體，分別封裝在一個配備獨立電源和標(biāo)準(zhǔn)車輛總線接口的殼體中，并分布于車體內(nèi)靠近控制對象的各個位置。其良好的電磁兼容性能保證各車輛控制單元工作在環(huán)境惡劣的列車中。</p><p>　　之后Adtranz公司幾易其主，2001年4月，Bombardier公司從Daimler Chrysler手中將其子公司Adtranz收購。Bombardier公司對MITRAC系統(tǒng)繼續(xù)不斷改進(jìn)，并按照不同客戶需求

71、加以系列化，如今該系統(tǒng)有MITRAC500系列、1000系列和3000系列等。</p><p>　　2.2 TCN列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的現(xiàn)狀</p><p>　　在推出TCN國際標(biāo)準(zhǔn)后，基于TCN標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品需求增加，對于TCN產(chǎn)品的研制有了越來越多的單位支持，TCN列車網(wǎng)絡(luò)在世界范圍內(nèi)也得到了日趨廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　2.2.1 TCN列車網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品主要供應(yīng)商&l

72、t;/p><p>　　目前，TCN標(biāo)準(zhǔn)列車通信網(wǎng)絡(luò)的推廣形成以Siemens、Bombardier等大公司主導(dǎo)，日趨增多的第三方廣泛支持的局面。</p><p>　　Bombardier、Siemens等公司推出了一系列符合TCN標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，諸如列車網(wǎng)絡(luò)專用芯片(MVBC01、MVBD、AMED)以及網(wǎng)絡(luò)實時協(xié)議(RTP)軟件等。</p><p>　　此外，一些第三方公

73、司(如Farsystem、Firema、EKE、Duagon、Unicontrol)等也相繼推出了TCN網(wǎng)關(guān)和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，用戶可以選擇需要的網(wǎng)絡(luò)部件來集成、開發(fā)符合自己要求的TCN網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。其他可以提供TCN產(chǎn)品的公司還有：自動控制方面的Holec、Ansaldo、AEG，制動方面的Knorr Electronic、Westinghouse Brakes，門控方面的IFE，采暖通風(fēng)與空調(diào)方面的Hagenuk。另外，一些中小公司也能

74、提供MVB板卡、WTB網(wǎng)關(guān)、實時協(xié)議文件等。</p><p>　　我國作為TCN標(biāo)準(zhǔn)的制定成員國之一，也對該標(biāo)準(zhǔn)大力支持。在研發(fā)方面，我國南車、北車集團(tuán)等單位通過自主研發(fā)與技術(shù)引進(jìn)相結(jié)合，目前也具有了提供TCN相關(guān)產(chǎn)品的能力。鐵道科學(xué)研究院、西南交通大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、北京交通大學(xué)等研究單位在TCN方面也進(jìn)行了廣泛研究，取得了一定的成果。</p><p>　　2.2.2 TCN列車網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品應(yīng)用

75、現(xiàn)狀</p><p>　　TCN網(wǎng)絡(luò)主要應(yīng)用在高速動車組、重載列車以及地鐵車輛等軌道交通領(lǐng)域，這些場合對產(chǎn)品的互操作性和控制實時性要求一般很高，只有通過可靠、實時的列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)才能達(dá)到要求。</p><p>　　目前采用TCN方案的國家有德國、法國、英國、瑞士、瑞典、挪威、芬蘭、丹麥、印度、澳大利亞、菲律賓、美國、巴西等，包括高速列車、擺式列車、城市軌道車輛。我國列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)采用的形式繁多

76、，但TCN技術(shù)應(yīng)用的比重很大，并且采用TCN標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成為趨勢，如和諧號動車組CRH1、CRH3、CRH5和CRH380A等車型，各大城市的地鐵（如上海軌道交通1、2、4、9、11號線，北京地鐵15號線、房山線、昌平線、亦莊線，廣州地鐵2、3、8號線等）均廣泛采用。</p><p>　　2.2.3 TCN列車網(wǎng)絡(luò)的研究推廣</p><p>　　自從TCN國際標(biāo)準(zhǔn)推出以后，得到了越來越廣泛的應(yīng)

77、用。究其原因，離不開TCN網(wǎng)絡(luò)自身的實時、可靠、安全、開放的優(yōu)點，能很好地滿足列車通信需求。當(dāng)然，更離不開Siemens、Bombardier等大公司不遺余力的研發(fā)和推廣，使得支持和應(yīng)用TCN產(chǎn)品的公司和國家在十幾年間有了很大的增長。在TCN標(biāo)準(zhǔn)采納以后，世界范圍內(nèi)很多研究單位積極地設(shè)計了相應(yīng)的電路、仿真軟件和驗證工具，極大地推進(jìn)了TCN技術(shù)的發(fā)展。</p><p>　　2.2.4 TCN列車網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢<

78、;/p><p>　　從TCN標(biāo)準(zhǔn)推出到今天，已經(jīng)十余年了，期間各方面科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展。可以說，盡管TCN標(biāo)準(zhǔn)的推出為解決列車以及車載控制設(shè)備之間的相互聯(lián)掛的問題貢獻(xiàn)巨大，但總體看來，TCN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的核心部分仍基本由若干家大公司所壟斷，技術(shù)門檻較高也限制了它更大范圍的應(yīng)用。TCN并沒有完全滿足列車在所有場合的控制需要，在技術(shù)與日俱新的今天，它需要新的發(fā)展。</p><p>　　列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)

79、成熟，也是當(dāng)代軌道車輛必然采用的核心技術(shù)之一。隨著通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，用戶對網(wǎng)絡(luò)的開放性、性價比、開發(fā)和應(yīng)用的多樣性及靈活性等方面都提出了更高的要求。由于TCN網(wǎng)絡(luò)自身也難免存在一些不足，所以不可能完全取代其他形式的控制網(wǎng)絡(luò)，完全滿足鐵路用戶的所有應(yīng)用需求。因此，在將來，列車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不可能是TCN的天下，必然是多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合。列車控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢可能會是以TCN為主，在軌道車輛的高速動車組、地鐵車輛等高端市場應(yīng)用；

80、其他各種形式的總線形式作為列車網(wǎng)絡(luò)的重要補(bǔ)充，在各種適用的場合找到應(yīng)用的空間。這些通用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在今后一段時間內(nèi)將和原有TCN網(wǎng)絡(luò)共同發(fā)展，取長補(bǔ)短并相互融合，形成有機(jī)的整體。</p><p>　　另外，隨著列車通信要求的不斷提高，TCN自身方面的改進(jìn)是必要的。如在可靠性方面，目前對列車通信網(wǎng)絡(luò)的可靠性進(jìn)行量化的評估在國內(nèi)外還是鮮見的，對于可靠性要求高的列車網(wǎng)絡(luò)，全面引入可靠性工程的分析、評價、設(shè)計及驗證的方法是必

81、要的；在安全性方面，近些年提出了功能安全通信的理念，并在2007年推出了《IEC617843用于工業(yè)網(wǎng)絡(luò)功能安全通信行規(guī)》國際標(biāo)準(zhǔn)，隨后很多種用于工業(yè)控制的總線標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)用該標(biāo)準(zhǔn)，對自身的協(xié)議加以完善，添加了功能安全通信層來保證通信網(wǎng)絡(luò)的功能完整性等級。那么，列車通信網(wǎng)絡(luò)對安全性如此強(qiáng)調(diào)的總線形式，是否要執(zhí)行功能安全標(biāo)準(zhǔn)，是非常值得考慮的問題。隨著列車服務(wù)質(zhì)量水平和乘客需求的不斷提高，列車信息化服務(wù)的要求也越來越高，TCN在此方面顯然是不

82、能滿足的。因此，為乘客提供優(yōu)質(zhì)的信息娛樂服務(wù)，包括移動電視、移動網(wǎng)絡(luò)等，也必將是TCN未來的方向。</p><p><b>　　2.3 WTB總線</b></p><p>　　2.3.1 絞線式列車總線WTB</p><p>　　目前，現(xiàn)場總線在列車上有許多成功的應(yīng)用?但大部分都局限于車輛內(nèi)部，或者固定編組的列車。絞線式列車總線（WTB）是一種

83、串行數(shù)據(jù)通信總線，它是以列車運行控制計算機(jī)為核心?通過列車總線將各個車輛控制計算機(jī)節(jié)點連接起來，形成上層分布式網(wǎng)絡(luò)。WTB主要設(shè)計用于經(jīng)常相互連掛和解掛的重聯(lián)車輛（經(jīng)常相互連掛和解掛是國際UIC列車經(jīng)常用到的一種情況）。</p><p>　　WTB總線由與總線節(jié)互連的節(jié)點組成，總線節(jié)由沿車輛走的干線電纜、連接不同車輛干線電纜的跨接電纜以及為達(dá)各節(jié)點而對干線電纜進(jìn)行延伸的擴(kuò)展電纜組成。在常規(guī)操作中，每個節(jié)點將被插入

84、到干線電纜中，連接兩個總線節(jié)</p><p>　?。?）位于總線末端的節(jié)點，或者說末端節(jié)點，將在電氣上終止連接它們的兩個總線節(jié)，</p><p>　　（2）位于總線中間的節(jié)點，或者說中間節(jié)點，將在電氣上連接到它們的兩個總線節(jié)。</p><p>　　連接到一個節(jié)點的兩個電纜節(jié)將被命名為方向1和方向2在一列車的每個車輛中可以有一個或幾個節(jié)點，節(jié)點通過介質(zhì)附件MAU連到介

85、質(zhì)上。MAU由線路單元,方向轉(zhuǎn)換器,主通道、輔助通道組成。</p><p>　　一個線路單元由以下幾部分組成：</p><p>　?。?）一個總線開關(guān)Kb用于兩個方向的連接或斷開；</p><p>　?。?）兩個端接器開關(guān)Kt1和Kt2，每個方向一個，在末端設(shè)定中通過它在節(jié)點中插入端接器，在中間設(shè)定中通過它斷開端接器；</p><p>　?。?/p>

86、3）兩個收發(fā)器（發(fā)送器/接收器）電路，每個方向一個。每個發(fā)送器由二進(jìn)制信號TxS（信號）和TxE（使能）控制。接收器的輸出信號是Rxs（一個數(shù)字信號或模擬信號）。收發(fā)器通過適當(dāng)?shù)姆椒?例如采用變壓器，實現(xiàn)與線路的電氣隔離；</p><p>　?。?）兩個曼徹斯特編碼、解碼器，每個收發(fā)器一個，它們可分別集成在各自的發(fā)送器或接收器內(nèi)。曼徹斯特編碼/解碼器的輸出和輸入定義為一個調(diào)制解調(diào)器接口：</p>&

87、lt;p>　?。?）與隔離開關(guān)相連的過壓保護(hù)/短路保護(hù)電路。</p><p>　　WTB幀數(shù)據(jù)格式與IOS/IEC3309種規(guī)定的HDLC(高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程)幀格式一致。如圖3-11,一幀數(shù)據(jù)以一個標(biāo)志符“01111110”開始，它和結(jié)束標(biāo)志符是為解決數(shù)據(jù)鏈路層幀同步的問題而設(shè)的，一起作為幀邊界。接著是HDLC數(shù)據(jù),HDLC幀包括至少32位,最多1056位數(shù)據(jù)(不計算IOS3309中預(yù)見的填充位)。這樣

88、在接收端,只要找到標(biāo)志字段,就可以確定一幀的位置。WTB幀以與起始標(biāo)志相同的結(jié)束標(biāo)志結(jié)束?結(jié)束標(biāo)志符不可當(dāng)作為下一幀的起始標(biāo)志符使用。</p><p>　　2.3.2 WTB介質(zhì)訪問</p><p>　　一般有動力裝置的車廂（動車和機(jī)車）內(nèi)的節(jié)點作為主節(jié)點，無動力裝置的車廂內(nèi)的節(jié)點作為從節(jié)點。WTB介質(zhì)訪問控制方式為主，從控制方式，每一列車在運行中必須有且僅有一個控制總線工作的節(jié)點，稱為控

89、制節(jié)點。控制節(jié)點必須是主節(jié)點，一般情況下以前導(dǎo)機(jī)車內(nèi)的主節(jié)點為控制節(jié)點，稱為主控節(jié)點。主控節(jié)點管理列車總線的運行，必要時主控節(jié)點可以切換，車廂總線由各車廂內(nèi)的節(jié)點管理運行。</p><p>　　主設(shè)備節(jié)點負(fù)責(zé)介質(zhì)訪問，其它所有節(jié)點都是從設(shè)備，只在被主設(shè)備輪詢時響應(yīng)。常規(guī)操作中，主設(shè)備的操作循環(huán)進(jìn)行。它把總線動作分配到若干基本周期。為保證過程數(shù)據(jù)確定、及時的發(fā)送，主設(shè)備按事先定義的特征周期輪詢各節(jié)點以獲取周期數(shù)據(jù)。

90、在兩個周期相之間的固定時間內(nèi)，主設(shè)備輪詢從設(shè)備以獲取偶發(fā)性數(shù)據(jù)。組成改變時，每個節(jié)點向主設(shè)備聲明自己要求在哪個周期被輪詢。主設(shè)備據(jù)此為節(jié)點建立輪詢策略。主節(jié)點將總線帶寬以25ms為基本周期進(jìn)行劃分，基本周期又分解為周期相和偶發(fā)相。主節(jié)點按預(yù)先生成的周期列表依次請求從節(jié)點向總線廣播其過程數(shù)據(jù)。此外有消息數(shù)據(jù)發(fā)送的從節(jié)點還在其過程數(shù)據(jù)中發(fā)送一個請求標(biāo)志，主節(jié)點將記錄此請求。基本周期中周期相之后的部分是偶發(fā)相，在此期間主節(jié)點向請求發(fā)送消息數(shù)據(jù)

91、的節(jié)點依次發(fā)送消息數(shù)據(jù)傳送請求，收到請求的節(jié)點將要發(fā)送的消息數(shù)據(jù)發(fā)向目的節(jié)點。從節(jié)點在主控節(jié)點的輪詢下向主應(yīng)用或其它從應(yīng)用發(fā)送過程數(shù)據(jù)，并在有消息數(shù)據(jù)需發(fā)送時，主動在25ms內(nèi)過程數(shù)據(jù)發(fā)送完畢期間，也即偶發(fā)相（相對周期相而言）利用分配的消息時間片向主節(jié)點或其它從節(jié)點發(fā)送該消息數(shù)據(jù)。 </p><p>　　第三章 微機(jī)控制基礎(chǔ)</p><p>　　3.1 微型計算機(jī)的概述</p>

92、<p>　　3.1.1 微機(jī)簡介與發(fā)展</p><p>　　微型計算機(jī)系統(tǒng)簡稱“微機(jī)系統(tǒng)”。是由微型計算機(jī)、顯示器、輸入輸出設(shè)備、電源及控制面板等組成的計算機(jī)系統(tǒng)。配有操作系統(tǒng)、高級語言和多種工具性軟件等。</p><p>　　“微機(jī)系統(tǒng)”是20世紀(jì)最重要的科技成果之一。它是一種能自動、高速、精確地處理信息的現(xiàn)代化電子設(shè)備，計算機(jī)具有算術(shù)運算和邏輯判斷能力，并能通過預(yù)先編好的

93、程序來自動完成數(shù)據(jù)的加工處理，因此，也可以說計算機(jī)也是一種幫助人類從事腦力勞動(包括記憶、計算、分析、判斷、設(shè)計、咨詢、診斷、決策、學(xué)習(xí)和創(chuàng)造等思維活動)的工具?，F(xiàn)在，計算機(jī)的應(yīng)用已深入到社會的各個角落，極大地改變著人們的工作、學(xué)習(xí)和生活方式，成為信息時代的主要標(biāo)志。</p><p>　　計算機(jī)從誕生到現(xiàn)在不過半個多世紀(jì)， 但是它的發(fā)展速度是驚人的， 它把人 類的計算速度提高了數(shù)千億倍。計算機(jī)的發(fā)展先后經(jīng)歷了電子

94、管、 晶體管、 大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路為主要器件的四個發(fā)展時代。 預(yù)計在不久的將來，將誕生以超導(dǎo)器件、電子仿真、集成光路等技術(shù)支撐的第五代計算機(jī)。計算機(jī)總的發(fā)展趨勢是朝著巨型化、微型化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、多媒體化發(fā)展。1946年2月，在美國賓夕法尼亞大學(xué)誕生了世界上第一臺計算機(jī)ENIAC(Electronic Numerical Integrator and Computer)。這臺計算機(jī)由電子管組成，每秒可進(jìn)行5000次的加法

95、運算，而且采用了著名的數(shù)學(xué)家馮·諾依曼(Von.Neumann，美籍匈牙利人) 的“存儲程序” 的設(shè)計思想， 即采用二進(jìn)制計算、存儲程序并在程序控制下自動執(zhí)行的思想。以后，這種模式的計算機(jī)被稱為“馮 · 諾依曼機(jī)” 。 計算機(jī)發(fā)展至今， 一直沿用“存儲程序” 的思想。這是計算機(jī)科學(xué)發(fā)展史上的一個重要里程碑，它奠定了計算機(jī)發(fā)展的科學(xué)基礎(chǔ)。</p><p>　　3.1.2 微機(jī)的特點與應(yīng)用<

96、/p><p><b>　　主要特點；</b></p><p>　　1) 體積小、質(zhì)量輕、功耗低；由于微機(jī)中廣泛采用了大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，從而使微機(jī)的體積大大縮小。例如PentiumII將750萬個晶體管電路僅集成在130.9mm&sup2；芯片面積上，它工作在266MHz主時鐘頻率下的功耗僅為38.2W。隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，今后推出的微處理器

97、集成度會更高。</p><p>　　2) 可靠性高、使用環(huán)境要求低由于微機(jī)采用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路，系統(tǒng)內(nèi)使用的器件數(shù)量減少，器件、部件之間的連線以及接插件數(shù)目也相應(yīng)地減少，而且MOS電路本身工作所需的功耗也很低，所以微機(jī)的可靠性大大提高。進(jìn)而降低了對使用環(huán)境的要求。普通家庭、辦公室環(huán)境就可滿足要求，促進(jìn)了微機(jī)的普及。</p><p>　　3) 結(jié)構(gòu)簡單、系統(tǒng)設(shè)計靈活、適應(yīng)性強(qiáng)、使用方

98、便微機(jī)多采用模塊化的硬件結(jié)構(gòu)，構(gòu)成系統(tǒng)的各功能部件和各種適配器通過標(biāo)準(zhǔn)的總線插槽相連， 增加了系統(tǒng)擴(kuò)充的靈活性和方便性?，F(xiàn)代微處理器芯片及其相應(yīng)的支持邏輯、I/O接口等都有標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的產(chǎn)品，用戶可根據(jù)不同的應(yīng)用要求選擇不同的功能部件， 而且功能性強(qiáng)使用方便，加速了微機(jī)的應(yīng)用和普及。</p><p>　　4) 應(yīng)用軟件的配置豐富軟件是計算機(jī)的靈魂， 從系統(tǒng)軟件到應(yīng)用軟件可方便地構(gòu)成不同規(guī)模的微機(jī)系統(tǒng)，從而使微機(jī)

99、具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。</p><p>　　5) 性能價格比高性能價格比是指機(jī)器性能與售價之比，是衡量產(chǎn)品性能優(yōu)劣的一個綜合指標(biāo)。 許多高性能的微機(jī)的性能已經(jīng)達(dá)到或超過了中小計算機(jī)甚至大型計算機(jī)、工作站的水平，但其價格要比它們低很多。微機(jī)優(yōu)良的性能價格比是其能廣泛應(yīng)用基礎(chǔ)，同時又進(jìn)一步促進(jìn)了微機(jī)技術(shù)的發(fā)展。</p><p><b>　　應(yīng)用</b></p>

100、<p>　　由于微機(jī)具有體積小、價格低、耗電少等優(yōu)點， 所以它的應(yīng)用范圍十分廣闊。 歸納起來， 目前有如下幾個應(yīng)用領(lǐng)域。</p><p><b>　　1、科學(xué)計算</b></p><p>　　許多現(xiàn)代微型計算機(jī)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的運算能力，這是在過去只有大、中、小型機(jī)才具有的。特別是多個微處理器構(gòu)成的系統(tǒng)，其功能往往可與大型機(jī)相匹敵，而成本卻低到足以使大型機(jī)趨于淘

101、汰。比如，美國Seguent公司用30個Intel 80386集合起來，構(gòu)成Symmetry計算機(jī)，速度為120 MIPS，達(dá)到IBM 3090系列最高檔大型機(jī)的性能，價格卻不到后者的十分之一。用更多的微處理器構(gòu)成的并行處理機(jī)甚至可以超過大型機(jī)的速度和性能。比如，Intel 公司用128個微處理器構(gòu)成的IPSC機(jī)，速度達(dá)512 MIPS，這比任何一種商用大型機(jī)的速度都高。Intel 公司用一臺32個微處理器構(gòu)成的IPSC機(jī)運行一個廣泛使

102、用的科學(xué)計算程序，結(jié)果比Cray公司的大型機(jī)X-MP/2快40%。</p><p>　　2、信息處理和事務(wù)管理</p><p>　　短時間內(nèi)完成對大量信息的處理是信息時代的必然要求。微型計算機(jī)配上數(shù)據(jù)庫管理軟件以后，可以很靈活地對各種信息按不同的要求進(jìn)行分類、檢索、轉(zhuǎn)換、存儲和打印，加上一些專用部件（如傳感器）后，還可以處理光、熱、力、聲等物理信號。</p><p>

103、;<b>　　3、過程控制</b></p><p>　　過程控制是微機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用最多，也是最有效的方面之一?，F(xiàn)在，在制造工業(yè)和日用品生產(chǎn)廠家中都可以看到微機(jī)控制的自動化生產(chǎn)線，微機(jī)在這些部門的應(yīng)用為生產(chǎn)能力和產(chǎn)品質(zhì)量的迅速提高開辟了廣闊前景。</p><p><b>　　4、儀器儀表控制</b></p><p>　　在儀器儀

104、表，特別是電子設(shè)備中，已逐步用微處理器取代了傳統(tǒng)的機(jī)械部件或分離的電子部件，這大大提高了產(chǎn)品的性能/價格比。此外，微處理器的應(yīng)用還導(dǎo)致了一些新儀器——智能儀器的誕生。如智能示波器、邏輯分析儀等，它使得人們能同時觀察眾多的信號波形及它們之間的時序關(guān)系。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，出現(xiàn)了以微處理器為核心控制部件的CT掃描儀、超聲掃描儀等智能化的醫(yī)療設(shè)備，這就大大提高了對疾病的確診速度和確診率。</p><p>　　5、計算機(jī)輔助教學(xué)

105、、輔助設(shè)計等</p><p>　　隨著微機(jī)系統(tǒng)軟、硬件的不斷豐富，逐步改善著人們的生活和生產(chǎn)方式。比如，用微機(jī)輔助設(shè)計（CAD）機(jī)械、電子等產(chǎn)品，可以降低成本、縮短研制周期；用微機(jī)輔助測試（CAT）數(shù)字設(shè)備、集成電路性能指標(biāo)或檢查設(shè)備故障等，可以節(jié)約測試時間、提高測試準(zhǔn)確率及避免重大事故的發(fā)生；用微機(jī)輔助教學(xué)（CAI），可提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)效率。目前各高校都在建設(shè)越來越多的多功能教室，改變著傳統(tǒng)的教育方法

106、；此外，在日常生活中也在不斷涌現(xiàn)輔助服裝設(shè)計（客體服裝設(shè)計）、電腦選發(fā)型等用微機(jī)提供的各種全新的服務(wù)項目。</p><p>　　6、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信</p><p>　　計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是指把若干臺地理位置不同，且具有獨立功能的計算機(jī)通過通信設(shè)備和線路互連起來，以實現(xiàn)信息傳輸和資源共享的一種計算機(jī)系統(tǒng)。</p><p>　　計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的迅速發(fā)展與緊密結(jié)合使計算機(jī)

107、不僅用于科學(xué)計算、工業(yè)控制等，也更多的用于信息的收集、加工、處理和傳輸。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使人們能將計算機(jī)“群集”起來，快速而有效的發(fā)揮系統(tǒng)的整體效益。Internet功能的不斷增加和用戶的不斷擴(kuò)充，使地球變?yōu)橐粋€村莊。微機(jī)作為信息高速公路（一種高速信息網(wǎng)絡(luò)體系）的終端其功能是電話、電視、多媒體電腦匯集而成的“家庭信息中心”，它是一個新的高技術(shù)浪潮，在它的沖擊下，我們的生活方式和工作方式都將改變。</p><p>　　3

108、.2 微機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　HXD2型電力機(jī)車的微機(jī)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)是WorldFIP網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，由于HXD2型電力機(jī)車項目是國內(nèi)的機(jī)車制造行業(yè)首次系統(tǒng)引進(jìn)WorldFIP網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，因此在介紹HXD2型電力機(jī)車的WorldFIP網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)后，需要介紹WorldFIP網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的基本原理，隨后再介紹HXD2型電力機(jī)車的微機(jī)控制系統(tǒng)。</p><p>　　3